JP2007188956A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板に電界効果トランジスタが設けられた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a field effect transistor is provided on a silicon substrate.
従来の半導体装置の製造方法において、シリコン基板上にシリサイド層を形成する技術が知られている。シリサイド層を設けることにより、ゲートやソース・ドレイン電極の低抵抗化を図ることができる。このような半導体装置の製造方法として、従来、特許文献1および特許文献2に記載されたものがある。 In a conventional method of manufacturing a semiconductor device, a technique for forming a silicide layer on a silicon substrate is known. By providing the silicide layer, the resistance of the gate and the source / drain electrodes can be reduced. Conventionally, as a method for manufacturing such a semiconductor device, there are methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2.
特許文献1には、薄い電極に対してシリサイドを適用しようとする技術が記載されている。特許文献1においては、シリサイドに必要なシリコンを、シリサイド層としてトランジスタ電極上に供給している。これにより、電極のシリコンを消費せずに、シリサイド層を形成できるとされている。 Patent Document 1 describes a technique for applying silicide to a thin electrode. In Patent Document 1, silicon necessary for silicide is supplied onto a transistor electrode as a silicide layer. Thereby, it is said that a silicide layer can be formed without consuming silicon of an electrode.
また、特許文献2には、ゲート電極の両側にダミー電極が設けられた半導体装置が記載されている。この半導体装置においては、ゲート電極上に形成されるシリサイド層の厚さが、ゲート電極とダミー電極との間に位置する領域に形成されるシリサイド層の厚さよりも厚くなっている。これにより、ソースドレイン拡散層におけるシリサイド層の厚みを均一にすることができるとされている。また、ゲート電極上のシリサイド膜の厚膜化とソースドレイン拡散層の浅接合化に伴うシリサイド膜厚の薄膜化との両立が可能であるとされている。 Patent Document 2 describes a semiconductor device in which dummy electrodes are provided on both sides of a gate electrode. In this semiconductor device, the thickness of the silicide layer formed on the gate electrode is larger than the thickness of the silicide layer formed in the region located between the gate electrode and the dummy electrode. Thereby, the thickness of the silicide layer in the source / drain diffusion layer can be made uniform. Further, it is said that both the thickening of the silicide film on the gate electrode and the thinning of the silicide film thickness accompanying the shallow junction of the source / drain diffusion layer are possible.
また、シリサイド層形成過程で用いられるスパッタ装置として、従来、特許文献3に記載のものがある。特許文献3には、ターゲットホルダとウェーハホルダとの間にコリメート板を設置した状態で介在させることが記載されている。コリメート板を挿入して金属のスパッタを行うことにより、ゲート電極のチャージアップを抑制できるとされている。
ところで、電界効果型トランジスタのさらなる高速動作を実現するため、トランジスタのゲート長の微細化が進められている。 By the way, in order to realize further high-speed operation of the field effect transistor, the gate length of the transistor is being miniaturized.
そこで、本発明者は、シリサイド層としてニッケル(Ni)シリサイド層を用いる場合について、トランジスタのゲート長の微細化を試みた。ところが、シリコン基板上にニッケルを含む膜を形成し、シリコン基板と膜とを反応させてニッケルシリサイドを形成する工程においては、ゲート電極間距離が小さくなると、ゲート電極間距離が小さい領域で、ニッケルの過剰反応が顕著に発生することが明らかになった。 Therefore, the present inventor has attempted to reduce the gate length of the transistor in the case where a nickel (Ni) silicide layer is used as the silicide layer. However, in the process of forming a nickel silicide film by forming a nickel-containing film on a silicon substrate and reacting the silicon substrate with the film, if the distance between the gate electrodes is reduced, the nickel electrode is formed in a region where the distance between the gate electrodes is small. It was revealed that the excessive reaction of.
本発明者は、ニッケルを用いた場合に、ゲート電極間距離が小さい領域で、ニッケルの過剰反応が顕著に生じる原因について鋭意検討した。その結果、ニッケルの過剰反応の原因として、密領域においてNiSi2化が起こりやすくなること、およびサイドウォール上に成膜されたニッケル含有膜からの反応時の「滑り込み」が起こりやすくなること、の二つが推察された。 The present inventors diligently studied the cause of excessive nickel reaction in a region where the distance between the gate electrodes is small when nickel is used. As a result, as a cause of the excessive reaction of nickel, NiSi 2 conversion is likely to occur in the dense region, and “sliding” at the time of reaction from the nickel-containing film formed on the sidewall is likely to occur. Two were inferred.
上記二つの原因のうち、後者の反応時の「滑り込み」と本明細書の記載において表現している現象は、サイドウォール上に成膜されたニッケル含有膜が、シリサイド化反応時に、サイドウォール上を移動し、シリコン基板のソース・ドレイン領域に滑り落ちてしまう現象である。シリサイド化反応時に滑り込みが生じる場合、ソース・ドレイン領域に当初成膜されたニッケル含有膜に加えて、さらにサイドウォールから移動してきたニッケル含有膜がソース・ドレイン領域に供給されることになる。ニッケル含有膜がソース・ドレイン領域に過剰に堆積すると、ニッケルとシリコン基板との過剰反応が生じる懸念があった。 Among the above two causes, the phenomenon expressed in the description of the present specification as “slip-in” during the latter reaction is that the nickel-containing film formed on the side wall is exposed on the side wall during the silicidation reaction. This is a phenomenon in which the substrate moves and slides down to the source / drain region of the silicon substrate. When slipping occurs during the silicidation reaction, in addition to the nickel-containing film initially formed in the source / drain region, a nickel-containing film that has further moved from the sidewall is supplied to the source / drain region. When the nickel-containing film is excessively deposited in the source / drain regions, there is a concern that an excessive reaction between nickel and the silicon substrate occurs.
この滑り込み現象は、ニッケル含有膜を用いた本発明者の検討により新たに発見された現象である。このようなニッケルの滑り込みによる過剰反応を抑制するためには、上記特許文献1および特許文献2に記載の技術とは異なる対応が必要となる。そこで、本発明者は、サイドウォールからのニッケル含有膜の滑り込みを抑制すべくさらに検討を進め、本発明に至った。 This slip phenomenon is a phenomenon newly discovered by the inventors' investigation using a nickel-containing film. In order to suppress such an excessive reaction due to the sliding of nickel, it is necessary to take measures different from the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2. Therefore, the present inventor further studied to suppress the slip of the nickel-containing film from the side wall, and reached the present invention.
本発明によれば、
シリコン基板の素子形成面に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁を覆う側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の周囲の前記シリコン基板に、ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜が形成された前記シリコン基板の前記素子形成面全面に、ニッケルを含む膜を形成する工程と、
前記ニッケルを含む膜が形成された前記シリコン基板を加熱し、前記ソース・ドレイン領域において前記シリコン基板と前記ニッケルを含む膜とを反応させる工程と、
シリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程の後、未反応の前記ニッケルを含む膜を除去し、前記ソース・ドレイン領域の上部の領域にシリサイド層を形成する工程と、
を含み、
ニッケルを含む膜を形成する前記工程またはシリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程において、前記側壁絶縁膜上に、前記ニッケルを含む膜が途切れた断絶部を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
Forming a gate electrode on the element formation surface of the silicon substrate;
Forming a sidewall insulating film covering the sidewall of the gate electrode;
Forming source / drain regions in the silicon substrate around the gate electrode;
Forming a film containing nickel on the entire surface of the element formation surface of the silicon substrate on which the sidewall insulating film is formed;
Heating the silicon substrate on which the film containing nickel is formed, and reacting the silicon substrate with the film containing nickel in the source / drain regions;
After the step of reacting the silicon substrate with the nickel-containing film, removing the unreacted nickel-containing film and forming a silicide layer in a region above the source / drain region;
Including
In the step of forming the film containing nickel or the step of heating the silicon substrate to react the silicon substrate and the film containing nickel, a cut-off portion where the film containing nickel is interrupted is formed on the sidewall insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明の製造方法においては、ニッケルを含む膜の形成時または形成後において、側壁絶縁膜上のニッケルを含む膜を途切れさせて、断絶部を形成する。このため、側壁絶縁膜上に形成されたニッケルを含む膜のうち、断絶部よりも上部に形成されたニッケルを含む膜がシリコン基板のソース・ドレイン領域に滑り込まないようにすることができる。よって、ソース・ドレイン領域へのニッケルを含む膜の過剰な供給を抑制できる。したがって、ソース・ドレイン領域におけるシリコン基板とニッケルを含む膜との過剰反応を抑制できる。このため、本発明によれば、ソース・ドレイン領域に、ニッケルを含むシリサイド層を安定的に形成することができる。また、過剰反応の抑制により、ソース・ドレイン領域の深さの減少を効果的に抑制できるため、ソース・ドレイン領域における接合リーク電流の発生を抑制することができる。 In the manufacturing method of the present invention, during or after the formation of the nickel-containing film, the nickel-containing film on the sidewall insulating film is interrupted to form the disconnected portion. For this reason, among the films containing nickel formed on the sidewall insulating film, the film containing nickel formed above the cut-off portion can be prevented from slipping into the source / drain regions of the silicon substrate. Therefore, excessive supply of the film containing nickel to the source / drain regions can be suppressed. Therefore, excessive reaction between the silicon substrate and the nickel-containing film in the source / drain regions can be suppressed. Therefore, according to the present invention, a silicide layer containing nickel can be stably formed in the source / drain regions. Moreover, since the reduction of the depth of the source / drain region can be effectively suppressed by suppressing the excessive reaction, the occurrence of junction leakage current in the source / drain region can be suppressed.
なお、本発明の製造方法において、断絶部は、側壁絶縁膜の少なくとも一部の領域に形成されればよい。また、断絶部が、平面視においてゲート電極の延在方向に沿って形成されることにより、ニッケルを含む膜の滑り込みをさらに効果的に抑制できる。 In the manufacturing method of the present invention, the break portion may be formed in at least a part of the side wall insulating film. Further, since the disconnection portion is formed along the extending direction of the gate electrode in plan view, the slipping of the film containing nickel can be more effectively suppressed.
また、ニッケルを含む膜において、滑り込みが生じる理由は必ずしも明らかではないが、側壁絶縁膜とニッケルを含む膜との親和性が比較的低いためであると推察される。 In addition, although the reason why sliding occurs in a film containing nickel is not necessarily clear, it is presumed that the affinity between the sidewall insulating film and the film containing nickel is relatively low.
なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of these components, or a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, and the like is also effective as an aspect of the present invention.
以上説明したように本発明によれば、シリサイド層を有するトランジスタの製造安定性を向上させる技術が実現される。 As described above, according to the present invention, a technique for improving the manufacturing stability of a transistor having a silicide layer is realized.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, common constituent elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
図1に示した半導体装置100は、シリコン基板101と、シリコン基板101に設けられたMOSFET102とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment.
A
MOSFET102は、シリコン基板101の表面近傍に設けられた一対のソース・ドレイン領域109、ソース・ドレイン領域109の上部に形成されたエクステンション領域108、これらの間に形成されたチャネル領域(不図示)、チャネル領域上に設けられたゲート絶縁膜103、ゲート絶縁膜103上に設けられたゲート電極105、ゲート絶縁膜103およびゲート電極105の側壁を被覆するサイドウォール107を含む。また、ゲート電極105の上部にNiシリサイド層113が設けられている。また、ソース・ドレイン領域109の上部のうち、サイドウォール107の非形成領域に、Niシリサイド層113が設けられている。
The
ゲート絶縁膜103は、たとえば、SiO2膜等の酸化膜や、SiON膜等の酸窒化膜とする。以下においては、ゲート絶縁膜103がSiO2膜である場合を例に説明する。また、ゲート絶縁膜103を高誘電率膜としてもよい。高誘電率膜は、シリコン酸化膜よりも比誘電率の高い膜であり、いわゆるhigh−k膜を用いることができる。高誘電率膜は、比誘電率が6以上の材料により構成することができる。具体的には、高誘電率膜は、それぞれ、HfおよびZrからなる群から選択される一または二以上の金属元素を含む材料により構成することができ、これらのいずれかの金属元素を含む酸化膜、シリケート膜等とすることができる。
The
ゲート電極105は、シリコンを含む導電膜により構成される。ゲート電極105は、さらに具体的には、多結晶シリコン膜により構成される。
The
サイドウォール107は絶縁膜からなる。サイドウォール107の材料は、たとえばSiO2膜等の酸化膜や、SiN膜等の窒化膜とする。サイドウォール107は、ゲート絶縁膜103の上部からシリコン基板101表面に向かって拡径している。
The
ソース・ドレイン領域109は、MOSFET102のソースまたはドレインとして機能する不純物拡散領域である。
The source /
次に、図1に示した半導体装置100の製造方法を説明する。図2(a)〜図2(c)および図3(a)〜図3(c)は、半導体装置100の製造手順を示す工程断面図である。半導体装置100は、シリコン基板101にMOSFET102を形成することにより得られる。
Next, a method for manufacturing the
半導体装置100は、以下の手順により製造される。
ステップ101:シリコン基板101の素子形成面に、ゲート電極105を形成する工程、
ステップ103:ゲート電極105の側壁を覆う側壁絶縁膜(サイドウォール107)を形成する工程、
ステップ105:ゲート電極105の周囲のシリコン基板101に、ソース・ドレイン領域109を形成する工程、
ステップ107:サイドウォール107が形成されたシリコン基板101の素子形成面全面に、ニッケルを含む膜(Ni膜115)を形成する工程、
ステップ109:Ni膜115が形成されたシリコン基板101を加熱し、ソース・ドレイン領域109においてシリコン基板101とNi膜115とを反応させる工程、および
ステップ111:シリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109の手順の後、未反応のNi膜115を除去し、ソース・ドレイン領域109の上部の領域にシリサイド層(Niシリサイド層111)を形成する工程。
そして、上記工程のうち、Ni膜115を形成するステップ107またはシリコン基板101を加熱しシリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109において、サイドウォール107上に、Ni膜115が途切れた断絶部117を形成する。
The
Step 101: a step of forming a
Step 103: forming a sidewall insulating film (sidewall 107) that covers the sidewall of the
Step 105: forming a source /
Step 107: forming a nickel-containing film (Ni film 115) on the entire surface of the element formation surface of the
Step 109: heating the
Then, in
Ni膜115を形成するステップ107またはシリコン基板101を加熱しシリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109において、断絶部117が、平面視においてゲート絶縁膜103の延在方向に沿って形成される。また、断絶部117は、平面視において、サイドウォール107の一端から他端にわたってストライプ状に形成される。こうすれば、シリコン基板101へのNiの滑り込みをさらに確実に抑制することができる。
In
ただし、本実施形態および以下の実施形態において、断絶部117は、サイドウォール107上の少なくとも一部の領域に設けられていればよい。本実施形態のように、サイドウォール107の延在方向の一端から他端にわたって断絶部117を設けることにより、サイドウォール107の延在方向の全体にわたってNiの滑り込みを抑制することができる。このため、ソース・ドレイン領域109におけるシリコン基板101の過剰反応をさらに効果的に抑制することができる。
However, in this embodiment and the following embodiments, the
また、Ni膜115を形成するステップ107またはシリコン基板101を加熱しシリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109において、ゲート絶縁膜103の両側のサイドウォール107上に断絶部117が形成される。こうすることにより、ゲート電極105の両側について、サイドウォール107からシリコン基板101へのNiの滑り込みをより一層確実に抑制することができる。このため、ゲート電極105の両側での半導体装置100の構造のばらつきをさらに効果的に抑制できる。
Further, in
断絶部117は、サイドウォール107の底部近傍に形成される。なお、サイドウォール107の底部近傍とは、サイドウォール107上のNi膜115のソース・ドレイン領域109への滑り込みが実用上充分に抑制できる程度にサイドウォール107の底部付近であることをいう。
The
半導体装置100のゲート電極105はシリコンを含み、シリコン基板101を加熱しシリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109において、ゲート絶縁膜103とNi膜115とを反応させるとともに、Niシリサイド層111を形成するステップ111において、ソース・ドレイン領域109の上部の領域およびゲート絶縁膜103の上部の領域に、それぞれNiシリサイド層111およびNiシリサイド層113を形成する。こうすれば、ソース・ドレイン領域109に加えてゲート絶縁膜103についても低抵抗化が可能となる。
The
本実施形態においては、シリコン基板101を加熱しシリコン基板101とNi膜115とを反応させるステップ109は、シリコン基板101を第一条件で加熱処理し、サイドウォール107上のNi膜115を途切れさせて、断絶部117を形成する工程である。
In this embodiment, the
また、本実施形態においては、Niシリサイド層111を形成するステップ111が、
ステップ113:未反応のNi膜115を除去する工程、および
ステップ115:未反応のNi膜115を除去するステップ113の後、シリコン基板101を第二条件で加熱処理し、シリコン基板101とNi膜115とを反応させる工程、
を含む。
In the present embodiment, the
Step 113: Step of removing the
including.
なお、ステップ109の第一条件での加熱処理は、断絶部117が形成される条件での処理であればよい。また、この加熱処理は、シリコン基板101とNi膜115との反応が生じる条件とする。さらに具体的には、Ni膜115を形成するステップ107においては、サイドウォール107上に、Ni膜115の膜厚が5nm以下となる領域を形成する。そして、シリコン基板101を第一条件で加熱処理し断絶部117を形成するステップ109において、シリコン基板101を250℃以上500℃以下の温度で加熱処理する。シリコン基板101を250℃以上の温度で加熱することにより、Ni膜115の熱凝集をさらに確実に生じさせて、断絶部をさらに確実に形成することができる。また、シリコン基板101を500℃以下の温度で加熱することにより、シリサイド化反応をさらに穏やかな条件で安定的に行うことができる。
Note that the heat treatment under the first condition in
以下、図2(a)〜図2(c)および図3(a)〜図3(c)を参照し、半導体装置100の製造手順をさらに具体的に説明する。
Hereinafter, with reference to FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C, the manufacturing procedure of the
まず、図2(a)に示すように、たとえば(100)面を主面とするシリコン基板101上に、公知の技術により、STI(Shallow Trench Isolation)による素子分離領域(不図示)を形成する。素子分離領域は、LOCOS法等の公知の他の方法で形成してもよい。その後、熱酸化法により、シリコン基板101上に酸化膜を形成する。そして、酸化膜上に、たとえば50〜200nm程度の膜厚の多結晶シリコン膜を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, for example, an element isolation region (not shown) by STI (Shallow Trench Isolation) is formed on a
次に、シリコン基板101の上部に、ゲート絶縁膜103の形成領域を覆うフォトレジスト膜を形成する。そして、ゲート絶縁膜103の形成領域以外の領域に設けられた多結晶シリコン膜および酸化膜を選択的にドライエッチングして除去することにより、多結晶シリコン膜および酸化膜をゲート絶縁膜103およびゲート電極105の形状に加工する(ステップ101)。
Next, a photoresist film covering the formation region of the
そして、ゲート電極105をマスクとするイオン注入により、チャネル領域とソース・ドレイン領域109との電気的接続部として機能するエクステンション領域108を形成する(図2(a))。
Then, an
つづいて、図2(b)に示すように、シリコン基板101の素子形成面に、CVD(chemical vapor deposition)法によりゲート電極105を覆うようにサイドウォール107となる絶縁膜を成膜する。絶縁膜の材料は、たとえばシリコン酸化膜もしくは窒化膜とする。また、絶縁膜の膜厚は、たとえば10〜100nm程度とする。そして、絶縁膜を所定の条件でエッチバックすることにより、ゲート電極105の両側にサイドウォール107を形成する(ステップ103)。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, an insulating film to be the
そして、図2(c)に示すように、ゲート電極105およびサイドウォール107をマスクとして、エクステンション領域108に注入された不純物と同じ導電型の不純物をシリコン基板101にイオン注入する。このイオン注入により、ゲート電極105の周囲にエクステンション領域108よりも深いソース・ドレイン領域109を形成する(ステップ105)。
Then, as shown in FIG. 2C, impurities having the same conductivity type as the impurity implanted into the
次いで、スパイク急速昇温アニール(スパイクRTA(Rapid Thermal Annealing))により、ソース・ドレイン領域109を活性化する。スパイクRTAにおけるシリコン基板101表面の最高到達温度は、たとえば1000〜1100℃程度とする。その後、シリコン基板101の素子形成面について、所定のニッケルスパッタ前処理を実施してもよい。前処理としては、たとえば薬液を用いたシリコン基板101表面の洗浄処理が挙げられる。洗浄処理により、シリコン基板101の表面に形成された自然酸化膜や異物を除去することができるため、ソース・ドレイン領域109の上部の領域のシリサイド化をさらに確実に行うことができる。
Next, the source /
次に、図3(a)に示すように、シリコン基板101の素子形成面全面に、スパッタ法を用いてNi膜115を形成する(ステップ107)。このとき、ソース・ドレイン領域109の上部のNi膜115の膜厚を、5〜20nm程度、さらに具体的には7〜15nm程度とする。Ni膜115の形成は、たとえば常温スパッタにより行う。また、このとき、サイドウォール107下部におけるNi膜115の膜厚を、後述するシンターにより断絶部117が形成される程度に薄くする。サイドウォール上のNi膜115に、シンターにより断絶部117が形成される程度の膜厚の領域を設けることにより、ステップ109にて断絶部117を確実に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3A, a
シンターによりサイドウォール107上のNi膜115に断絶部117が形成されるためのサイドウォール107上のNi膜115の膜厚の上限は、たとえば、サイドウォール107の底部におけるサイドウォール107表面のシリコン基板101表面に対する立ち上がり角度αなどのサイドウォール107の形状、サイドウォール107の材料、およびシンター温度に依存する。断絶部117の形成方法については、後述する実施例にてさらに詳細に説明する。本実施形態では、たとえば、サイドウォール107の底部近傍におけるサイドウォール107表面の立ち上がり角度を60度とするとともに、サイドウォール107上にNi膜115の膜厚が5nm以下の領域が形成される条件でNi膜115を成膜する。
For example, the upper limit of the film thickness of the
サイドウォール107下部に形成されるNi膜115の膜厚は、たとえばイオン化スパッタ法を用いる場合、スパッタ時の基板バイアス電圧を変えることにより調整することができる。また、通常のスパッタ法を用いる場合、コリメート板を使用してスパッタの異方性を調整することにより、サイドウォール107下部に形成されるNi膜115の膜厚を調整することができる。コリメート板のみでスパッタの異方性を高める場合には、コリメート板の穴の径とコリメート板の厚さを制御する。具体的には、コリメート板を厚くし、穴径を小さくするほどスパッタの異方性は高くなり、サイドウォール107に付着するNi膜115の膜厚を薄くすることができる。
The film thickness of the
また、スパッタの異方性は、サイドウォール107の形状に応じて調整される。ゲート電極105の高さが低く、サイドウォール107の膜厚が厚い場合は、サイドウォール下部の形状がなだらかな形状となる。このため、Ni膜115の形成時に、サイドウォール107下部でのNi膜115の膜厚を薄くするためには、より異方性の高いスパッタを行う必要がある。一方、ゲート電極105の高さが高く、サイドウォール107の膜厚が薄い場合は、サイドウォール下部の形状が急峻になる。このため、スパッタの異方性の程度が比較的小さくても、サイドウォール107下部に形成されるNi膜115を薄膜化することができる。
Further, the anisotropy of sputtering is adjusted according to the shape of the
Ni膜115のスパッタと連続して、Ni膜115表面の酸化防止のために、TiNを5〜10nm程度スパッタしてもよい。
In order to prevent oxidation of the surface of the
次いで、図3(b)に示したように、Ni膜115が形成されたシリコン基板101を加熱処理し、断絶部117を形成する(ステップ109)。本実施形態では、二段階のシンターを実施する。ステップ109では、第一シンター(ステップ113)が行われる。第一シンターでは、低温でアニールすることにより、サイドウォール107上に形成されたNi膜115に膜凝集を生じさせて断絶部117を形成するとともに、準安定なNiシリサイドを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
断絶部117を形成するための加熱温度は、サイドウォール107上のNi膜115の膜厚等に依存する。たとえば、サイドウォール107の底部近傍におけるサイドウォール107表面の立ち上がり角度が60度であって、サイドウォール107底部におけるNi膜115の膜厚が5nm以下であるとき、第一シンターのシンター温度を250℃以上500℃以下とし、シンター時間を0秒より長く60秒以下とする。
The heating temperature for forming the
つづいて、図3(c)に示したように、未反応のNi膜115をウェットエッチングにより除去する(ステップ113)。その後、第二シンターとして、シリコン基板101を所定の温度でアニールし、NiとSiとを反応させてシリサイドを形成する(ステップ115)。第二シンターの温度は、たとえば第一シンターの温度よりも高い温度とする。以上の手順により、図1に示した半導体装置100が得られる。なお、以上の手順の後、半導体装置100の所定の位置に、コンタクトプラグを形成する工程や、所定の配線工程を実施してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the
本実施形態によれば、Ni膜115のシリサイド化反応の際に、サイドウォール107上に断絶部117が形成される。
従来の技術では、サイドウォールの下部の形状がなだらかであったり、ニッケルスパッタ工程における異方性が低かったりして、断絶部117を意図的に形成するプロセスとなっていなかった。このため、サイドウォール上に成膜されるニッケル量が多く、ゲート電極間距離の小さい領域で、NiとSiとの過剰反応が促進されていた。
According to the present embodiment, the
In the conventional technique, the shape of the lower portion of the sidewall is gentle, or the anisotropy in the nickel sputtering process is low, so that the process of intentionally forming the
これに対し、本実施形態によれば、ステップ109のNiシリサイド化工程において、断絶部117が形成されるため、断絶部117の上部に形成されたNi膜115がサイドウォール107からのシリコン基板101に滑り込まないようにすることができる。このため、ゲート間距離が小さい構成とした場合にも、ソース・ドレイン領域109上部において、シリコン基板101とNiとの過剰反応を抑制することができる。さらに具体的には、ゲート長方向の断面視において、シリコン基板表面における拡散層の幅、つまりシリコン基板表面における拡散層のゲート電極側端部と素子分離膜側端部との距離が0.16μm以下の半導体装置では、特にサイドウォールからのNiの滑り込みの影響が顕著に生じる。本実施形態によれば、このような微細化された構成においても、サイドウォール107からソース・ドレイン領域109上へのNi膜115の滑り込みを抑制することができる。よって、半導体装置100の製造安定性を向上させることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, since the
また、本実施形態によれば、Ni膜115の滑り込みを抑制できるので、サイドウォール107の形成領域の近傍におけるシリコン基板101の過剰反応を抑制することができる。このため、Niシリサイド層111を形成する際のサイドウォール107の形成領域の近傍におけるソース・ドレイン領域109の深さの減少を抑制できる。このため、ソース・ドレイン領域109の接合リーク電流の発生を効果的に抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, since the slipping of the
また、本実施形態では、常温スパッタによりNi膜115が形成される。このため、電極上にシリサイド層を堆積させる特許文献1の場合とは異なり、Niのスパッタ直後にサイドウォール上のニッケルが除去される条件でウェット処理をすると、すべてのニッケルが除去されてしまう。そこで、本実施形態においては、Ni膜115を形成し、第一シンターによるシリサイド化反応を行った後、ウェット処理により未反応のNi膜115を除去する。これにより、サイドウォール107上の未反応のNi膜115を選択的に除去することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、シリサイド化の際の加熱処理を、第一シンターと第二シンターの二段階で行う。そして、第一シンターにおいては、加熱温度を比較的低温にすることにより、断絶部117を安定的に形成するとともに、シリサイド化反応を穏やかな条件で安定的に進行させることができる。このため、Niシリサイド層111およびNiシリサイド層113の製造安定性を向上させることができる。
In this embodiment, the heat treatment for silicidation is performed in two stages, a first sinter and a second sinter. In the first sinter, the
以下の実施形態においては、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。 In the following embodiment, it demonstrates centering on a different point from 1st embodiment.
(第二の実施形態)
本実施形態は、半導体装置100(図1)の別の製造方法に関する。本実施形態の製造方法の基本手順は第一の実施形態と同様であるが、断絶部117の形成方法が異なる。第一の実施形態においては、ステップ109にてNi膜115に断絶部117を形成したのに対し、本実施形態では、ステップ107において、断絶部117を有するNi膜115を形成する。
(Second embodiment)
The present embodiment relates to another method for manufacturing the semiconductor device 100 (FIG. 1). The basic procedure of the manufacturing method of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the method of forming the
本実施形態においては、サイドウォール107を形成するステップ103において、サイドウォール107に、Ni膜115の付着を抑制する遮断面を形成するとともに、Ni膜115を形成するステップ109において、サイドウォール107の遮断面の上部に断絶部117を形成する。
In the present embodiment, in
遮断面を形成する工程は、サイドウォール107の底部において、サイドウォール107の表面のシリコン基板101の表面に対する立ち上がり角度が略90度となるようにサイドウォール107を形成する工程である。また、Ni膜115を形成するステップ109においては、サイドウォール107の底部に断絶部117が形成される。
The step of forming the blocking surface is a step of forming the
図4(a)および図4(b)は、本実施形態の半導体装置100の製造工程を示す断面図である。
本実施形態においても、図2(a)〜図2(c)を参照して前述した手順を用いて、シリコン基板101上の所定の領域にゲート絶縁膜103、ゲート電極105、サイドウォール107、エクステンション領域108およびソース・ドレイン領域109を形成する。
FIG. 4A and FIG. 4B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the
Also in this embodiment, the
ただし、本実施形態においては、サイドウォール107を形成する際に、絶縁膜のエッチバック条件を制御して、サイドウォール107の下部の形状がシリコン基板101に対して急峻な角度を有するようにする。そして、アズスパッタ時に、Ni膜115が実質的に膜になっていない程度の薄膜となるように、Niスパッタにおける異方性を高める。
However, in this embodiment, when the
本明細書で言うサイドウォール107の立ち上がり角度αとは、具体的には、図4(a)に示したように、シリコン基板101の表面からサイドウォール107の接線を引いたときに、接線とシリコン基板101表面(水平面)とのなす角αを示している。立ち上がり角度αは、たとえば、半導体装置100のゲート長方向の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)観察することにより計測することができる。
Specifically, the rising angle α of the
なお、ゲート長が100nm以下であるような微細トランジスタの製造プロセスでは、接合が形成される以降の熱処理が形状変化に及ぼす影響は小さく、シリサイド形成時の立ち上がり角度αは、概ね、半導体装置が出来上がった状態でも保たれている。 Note that in the manufacturing process of a fine transistor having a gate length of 100 nm or less, the heat treatment after the junction is formed has little effect on the shape change, and the rise angle α at the time of silicide formation is generally a semiconductor device. It is kept in the state.
本実施形態においては、この立ち上がり角度αが90度となるようにする。サイドウォール107の立ち上がり角度αを90度とすれば、サイドウォールの底部近傍において、サイドウォール107の表面を、Ni膜115が付着しない遮断面とし、遮断面の少なくとも一部に断絶部117を設けることができる。そして、Ni膜115形成時のスパッタにおける異方性を高めて、シリコン基板101の法線方向成分以外の方向からのスパッタ量を低減させる。これにより、サイドウォール107の底部近傍にNi膜115が形成されないようにすることができる(図4(b))。
In the present embodiment, the rising angle α is set to 90 degrees. If the rising angle α of the
なお、サイドウォール107の立ち上がり角度は、サイドウォール107となる絶縁膜のドライエッチングの条件の調整することにより調整可能である。エッチング条件として、具体的には、エッチングガスの種類および圧力が挙げられる。たとえば、通常のなだらかな勾配のサイドウォール107を形成する際には、エッチングガスとしてCF4、CHF3、O2およびArを用い、チャンバ内を比較的低い圧力としてエッチングする。これに対し、本実施形態では、エッチングガスとしてC4F8、O2およびArを用い、チャンバ内を比較的高い圧力としてエッチングすることにより、サイドウォール107の勾配を急峻にすることができる。
Note that the rising angle of the
さらに具体的には、エッチングガスとして、CF4、CHF3、O2およびArを用いることにより、サイドウォール107の立ち上がり角度αを90度にすることができる。また、CHF3、O2およびArを用いることもできる。さらに具体的には、エッチングの圧力を20〜100mtorr程度とし、ガス流量をCHF3/O2/Ar=20/20/300sccmとしてもよい。このようにすれば、シリコン基板101から底部が垂直にたちあがるサイドウォール107を一段階のエッチング工程で形成することができる。
More specifically, the rising angle α of the
なお、本実施形態においても、Ni膜115のスパッタにおける異方性の向上方法として、第一の実施形態に記載の方法を用いることができる。
In this embodiment as well, the method described in the first embodiment can be used as a method for improving the anisotropy in sputtering of the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
たとえば、以上の実施形態においては、Niシリサイド層111を形成するために、シリコン基板101上にNi膜115を形成する場合を例に説明したが、シリコン基板101上に形成する膜は、ニッケルを含む膜であればよく、たとえば、NiN膜等の窒化膜や、Niを含む金属膜を用いてもよい。ゲート電極105の材料を多結晶シリコンとしたが、ゲート電極105の材料としては、種々のものを用いることができる。
For example, in the above embodiment, the case where the
図5(a)〜図5(c)は、半導体装置100のゲート電極の構成を示す図である。
図5(a)は、図1に示した半導体装置100の構成に対応する。図5(a)においては、ゲート電極105の材料が多結晶シリコンであって、その上部にNiシリサイド層113が形成されている。
また、図5(b)においては、ゲート電極がNiシリサイド層113からなる。
さらに、図5(c)においては、金属膜119からなるゲート電極が設けられている。金属膜119からなるゲート電極は、たとえば以下の手順により得られる。まず、図1に示した半導体装置100を得る。その後、シリコン基板101の素子形成面に、ゲート電極105上部の領域以外の領域を覆うマスクを絶縁膜などで形成する。そして、マスクを用いてNiシリサイド層113およびゲート電極105を順次除去する。その後、Niシリサイド層113およびゲート電極105が除去された領域に、金属膜119を選択的に形成する。あるいは、図1に示した半導体装置を形成する際に、後工程でエッチングされやすい材料でゲート電極105を形成しておいて、その材料をエッチングした後に、エッチング除去された領域を金属膜119で埋め込む方法を用いることもできる。
FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams illustrating the configuration of the gate electrode of the
FIG. 5A corresponds to the configuration of the
In FIG. 5B, the gate electrode is made of a
Further, in FIG. 5C, a gate electrode made of a
本実施例では、第一の実施形態に記載の方法を用いて、半導体装置100(図1)を製造した。サイドウォール107の材料は、SiO2膜とした。サイドウォール107の立ち上がり角度αを60度とした。そして、サイドウォール107上でNi膜115の断絶が発生するシンター温度と、断絶が生じたときのサイドウォール107上のNi膜115の膜厚の関係を調べた。結果を図6(a)および図6(b)に示す。図6(a)は、サイドウォール107(図中「SW」とも表記する。)が酸化膜(SiO2膜)である場合の結果であり、図6(b)は、サイドウォール107が窒化膜(SiN膜)である場合の結果である。
In this example, the semiconductor device 100 (FIG. 1) was manufactured using the method described in the first embodiment. The material of the
図6(a)および図6(b)において、実線の下の領域ではNiの断絶が生じるので、実線よりNi膜厚を薄くすることによってNiの滑り込みを抑制することができる。 In FIG. 6A and FIG. 6B, since Ni breaks in the region below the solid line, the Ni slip can be suppressed by making the Ni film thickness thinner than the solid line.
また、図6(a)および図6(b)より、サイドウォールの材質として、たとえばSiN膜を使うと、断絶が生じる膜厚は若干増加するが、SiO2膜と同様の温度依存性が得られる。 Further, from FIGS. 6A and 6B, when, for example, a SiN film is used as the material of the sidewall, the thickness at which the disconnection occurs slightly increases, but the temperature dependence similar to that of the SiO 2 film is obtained. It is done.
第一シンター時に過剰反応が生じる場合、サイドウォール上にスパッタされたニッケルがサイドウォール下部の拡散層にどんどん供給されつづける。これに対し、サイドウォール下部のニッケルの膜厚が薄いと、熱をかけた際に凝集して、サイドウォール107上でNi膜115の断絶が起こる。膜の断絶が起こると、ソース・ドレイン領域109となる拡散層上には、未反応のニッケルが供給されなくなるため、拡散層上の過剰反応が止められる。
When an excessive reaction occurs during the first sintering, nickel sputtered on the sidewall continues to be supplied to the diffusion layer below the sidewall. On the other hand, if the thickness of the nickel under the sidewall is thin, the
シンター温度を250℃以上400℃以下とした場合、図6中の各シンター温度におけるスポットに対応する膜厚よりもサイドウォール107上におけるNi膜115の膜厚が薄くなる条件でNi膜115のスパッタを行う。これにより、サイドウォール107上に断絶部117を形成することができる。
When the sintering temperature is 250 ° C. or more and 400 ° C. or less, the sputtering of the
たとえば、本実施例においては、サイドウォール107の下部の角度をシリコン基板101に対して60度とした。そして、スパッタ法を用いてシリコン基板101(ソース・ドレイン領域109)上に10nmの膜厚のNi膜115をする際に、コリメート板厚を107mmとするとともに、コリメート板の穴系を1センチ以下とした。こうすることにより、サイドウォール107上のNi膜115の膜厚を5nm以下とすることができた。
For example, in this embodiment, the lower angle of the
また、コリメート板をさらに厚くして、穴径を小さくすることにより、スパッタの異方性をさらに高めることができる。また、この場合、コリメート板の穴径を小さくすることにより、生産性は低下する方向に傾くため、コリメート板はチャージアップ対策のみに利用し、イオン化スパッタなどの方法を組み合わせることも可能である。 Further, by increasing the thickness of the collimating plate and reducing the hole diameter, the anisotropy of sputtering can be further increased. Further, in this case, since the productivity is inclined in the direction of decreasing the productivity by reducing the hole diameter of the collimating plate, the collimating plate can be used only for charge-up countermeasures and a method such as ionization sputtering can be combined.
100 半導体装置
101 シリコン基板
102 MOSFET
103 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
107 サイドウォール
108 エクステンション領域
109 ソース・ドレイン領域
111 Niシリサイド層
113 Niシリサイド層
115 Ni膜
117 断絶部
DESCRIPTION OF
103
Claims (8)
前記ゲート電極の側壁を覆う側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の周囲の前記シリコン基板に、ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜が形成された前記シリコン基板の前記素子形成面全面に、ニッケルを含む膜を形成する工程と、
前記ニッケルを含む膜が形成された前記シリコン基板を加熱し、前記ソース・ドレイン領域において前記シリコン基板と前記ニッケルを含む膜とを反応させる工程と、
シリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程の後、未反応の前記ニッケルを含む膜を除去し、前記ソース・ドレイン領域の上部の領域にシリサイド層を形成する工程と、
を含み、
ニッケルを含む膜を形成する前記工程またはシリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程において、前記側壁絶縁膜上に、前記ニッケルを含む膜が途切れた断絶部を形成する半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on the element formation surface of the silicon substrate;
Forming a sidewall insulating film covering the sidewall of the gate electrode;
Forming source / drain regions in the silicon substrate around the gate electrode;
Forming a film containing nickel on the entire surface of the element formation surface of the silicon substrate on which the sidewall insulating film is formed;
Heating the silicon substrate on which the film containing nickel is formed, and reacting the silicon substrate with the film containing nickel in the source / drain regions;
After the step of reacting the silicon substrate with the nickel-containing film, removing the unreacted nickel-containing film and forming a silicide layer in a region above the source / drain region;
Including
In the step of forming the film containing nickel or the step of heating the silicon substrate to react the silicon substrate and the film containing nickel, a cut-off portion where the film containing nickel is interrupted is formed on the sidewall insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
ニッケルを含む膜を形成する前記工程またはシリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程において、前記断絶部が、平面視において前記ゲート電極の延在方向に沿って形成される半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step of forming the film containing nickel or the step of heating the silicon substrate to react the silicon substrate and the film containing nickel, the disconnection portion is formed along the extending direction of the gate electrode in plan view. A method for manufacturing a semiconductor device.
ニッケルを含む膜を形成する前記工程またはシリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程において、前記ゲート電極の両側の前記側壁絶縁膜上に前記断絶部が形成される半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2,
In the step of forming a film containing nickel or the step of heating the silicon substrate to react the silicon substrate and the film containing nickel, the semiconductor in which the disconnected portion is formed on the sidewall insulating film on both sides of the gate electrode Device manufacturing method.
前記ゲート電極がシリコンを含み、
シリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程において、前記ゲート電極と前記ニッケルを含む膜とを反応させるとともに、
シリサイド層を形成する前記工程において、前記ソース・ドレイン領域の上部の領域および前記ゲート電極の上部の領域にシリサイド層を形成する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The gate electrode comprises silicon;
In the step of reacting the silicon substrate and the nickel-containing film by heating the silicon substrate, the gate electrode and the nickel-containing film are reacted,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming a silicide layer, a silicide layer is formed in a region above the source / drain region and a region above the gate electrode.
シリコン基板を加熱しシリコン基板とニッケルを含む膜とを反応させる前記工程が、前記シリコン基板を第一条件で加熱処理し、前記側壁絶縁膜上の前記ニッケルを含む膜を途切れさせて、前記断絶部を形成する工程であって、
シリサイド層を形成する前記工程が、
未反応の前記ニッケルを含む膜を除去する工程と、
未反応のニッケルを含む膜を除去する前記工程の後、前記シリコン基板を第二条件で加熱処理する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The step of heating the silicon substrate to react the silicon substrate with the nickel-containing film heat-treats the silicon substrate under a first condition, interrupts the nickel-containing film on the sidewall insulating film, and Forming a part,
The step of forming the silicide layer comprises:
Removing the unreacted nickel-containing film;
After the step of removing the film containing unreacted nickel, the step of heat-treating the silicon substrate under a second condition;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
ニッケルを含む膜を形成する前記工程において、前記側壁絶縁膜上に、前記ニッケルを含む膜の膜厚が5nm以下となる領域を形成し、
シリコン基板を第一条件で加熱処理し断絶部を形成する前記工程が、前記シリコン基板を250℃以上500℃以下の温度で加熱処理する工程である半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step of forming a film containing nickel, a region where the film thickness of the nickel film is 5 nm or less is formed on the sidewall insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of heat-treating a silicon substrate under a first condition to form a break portion is a step of heat-treating the silicon substrate at a temperature of 250 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
側壁絶縁膜を形成する前記工程において、前記側壁絶縁膜に、前記ニッケルを含む膜の付着を抑制する遮断面を形成するとともに、
ニッケルを含む膜を形成する前記工程において、前記側壁絶縁膜の前記遮断面の上部に前記断絶部を形成する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step of forming the sidewall insulating film, a barrier surface that suppresses adhesion of the nickel-containing film is formed on the sidewall insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming a film containing nickel, the cut-off portion is formed above the blocking surface of the sidewall insulating film.
遮断面を形成する前記工程が、前記側壁絶縁膜の底部において、前記側壁絶縁膜の表面の前記シリコン基板の表面に対する立ち上がり角度が略90度となるように前記側壁絶縁膜を形成する工程であって、
ニッケルを含む膜を形成する前記工程において、前記側壁絶縁膜の前記底部に前記断絶部を形成する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The step of forming a blocking surface is a step of forming the sidewall insulating film so that a rising angle of the surface of the sidewall insulating film with respect to the surface of the silicon substrate is approximately 90 degrees at the bottom of the sidewall insulating film. And
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming a film containing nickel, the disconnected portion is formed at the bottom of the sidewall insulating film.
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